控制装置的制作方法

本发明涉及控制构成机器人的臂的各关节的驱动的控制装置。

背景技术：

在作业者与机器人协作进行作业时，有可能因臂与作业者接触而发生事故。作为防止这样的事故的方法，提出了在作业者接近机器人时使机器人的动作减速或停止的方法(参照下述的专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-188458号公报

技术实现要素：

但是，每当作业者接近机器人时，若使机器人的动作减速或停止，则存在作业效率恶化，生产率大幅降低的风险。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在作业者与机器人接近的状况时，能够在不使生产率大幅降低的情况下确保作业者的安全性。

用于解决问题的方案

本发明的一个方面所涉及的控制装置是控制机器人的动作的控制装置，所述机器人具备：臂，其具有多个关节，一端支承在基座上，能够在三维空间中移动自如；驱动部，其分别设置在所述多个关节上，驱动所述关节；所述控制装置具备：行动计划部，用于生成所述臂行动计划；控制部，用于根据由所述行动计划部生成的行动计划，控制所述驱动部的驱动；检测部，用于基于从监视所述机器人的作业环境的监视部得到的作业环境信息，检测向所述臂的可动范围的入侵者；限制部，用于在所述检测部检测到向所述可动范围的所述入侵者的情况下，在所述臂不与所述入侵者接触的范围内，设定所述臂的行动禁止范围，以限制所述臂的行动；所述行动计划部还用于在由所述限制部设定了所述行动禁止范围的情况下，将行动计划重新生成为所述臂在所述行动禁止范围内不行动的计划，所述控制部还用于根据所述行动计划部重新生成的行动计划，控制所述驱动部的驱动。

发明效果

根据本发明，当人向臂的可动范围入侵时，设定行动禁止范围，限制臂的行动，因此能够防止人与臂的接触事故。另外，由于不像以往那样使臂的动作减速或停止，因此能够避免生产率大幅降低。因此，能够在不使生产率大幅降低的情况下确保作业者的安全性。

附图说明

图1是本发明概略地示出包含本发明的一个实施方式所涉及的控制装置而构成的机器人控制系统的主要内部结构的功能框图。

图2是本发明示意性地示出成为控制的对象的机器人的外观图。

图3是本发明用于说明臂的可动范围的说明图。

图4是本发明用于说明臂的行动禁止范围的说明图。

图5是本发明示出利用第一实施方式所涉及的控制装置的控制单元进行的处理动作的一例的流程图。

图6a是本发明用于说明行动禁止范围被阶段性地切换的情况的说明图。

图6b是本发明用于说明行动禁止范围被阶段性地切换的情况的说明图。

图7是本发明示出利用第二实施方式所涉及的控制装置的控制单元进行的处理动作的一例的流程图。

图8是本发明概略地示出包含第三实施方式所涉及的控制装置而构成的机器人控制系统的主要内部结构的功能框图。

图9是本发明概略地示出包含第四实施方式所涉及的控制装置而构成的机器人控制系统的主要内部结构的功能框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的控制装置进行说明。图1是概略地示出包含第一实施方式所涉及的控制装置而构成的机器人控制系统的主要内部结构的功能框图。图2是示意性地示出成为控制的对象的机器人的外观图。

机器人控制系统1包含以下部分而构成：机器人10、控制机器人10的动作的控制装置20。

如图2所示，机器人10是具有与人的手臂同样的运动功能的机械手，具备能够在三维空间中移动自如的臂(机器人臂)11，臂11的一端支承在基座(基台)14上。臂11具有多个关节12a至12d(以下，也统称为“关节12”)和将关节12彼此连接的连杆13a至13c。

另外，臂11构成为末端执行器能够在其前端部15装卸更换。在图2中，作为末端执行器，安装有具有相对配置的两个指部31a、31b的手31。手31例如用于抓住作为把持对象物的工件(拾取动作)，将抓住的工件搬运到任意位置(放置动作)。另外，在手31中，内置有驱动指部31a、31b的手驱动部31c。

机器人10具备：分别设置于关节12的、驱动关节12的驱动部(关节驱动部)16a至16d(以下，也统称为“驱动部16”)；分别设置于关节12的、检测关节12的旋转角的关节角检测部17a至17d(以下，也统称为“关节角检测部17”)。另外，在机器人10的上方设置有监视机器人10的作业环境的照相机32。此外，作为驱动部16以及关节角检测部17，例如可列举马达、编码器。另外，照相机32是权利要求书中的监视部的一例。

臂11的前端部15的位置能够从关节12a至12d的所有角度算出。因此，关节角检测部17起到检测臂11的前端部15的位置的位置检测部的作用。此外，也可以将拍摄机器人10的整体的照相机32用作上述位置检测部。

控制装置20具备控制单元21、操作部22、显示部23、存储部24、外部接口部(外部i/f)25。

操作部22由键盘和鼠标等构成，将命令和字符输入到控制单元21，或操作显示部23的画面上的指示器。显示部23例如是液晶显示器(lcd：liquidcrystaldisplay)、有机el(oled：有机发光二极管(organiclight-emittingdiode))显示器等显示装置，显示来自控制单元21的响应或数据结果。操作部22例如用于使臂11进行的作业的指示输入、用于臂11的前端部15的目标到达位置(例如，抓住工件的位置、搬运并放开抓住的工件的位置)等的指示输入。抓住工件的位置为拾取动作的终点，放开工件的位置为放置动作的终点。

存储部24是hdd(硬盘驱动器(harddiskdrive))等存储装置，存储控制装置20的动作所需的程序和数据，包括行动计划存储部241。存储在行动计划存储部241中的是由后述的行动计划部212生成的臂11的行动计划。

外部接口部25用于与外部装置连接，控制装置20经由外部接口部25与构成机器人10的驱动部16以及关节角检测部17、照相机32连接，进而经由机器人10与手驱动部31c连接。

控制单元21包含处理器、ram(随机存取存储器(randomaccessmemory))、rom(只读存储器(readonlymemory))以及专用的硬件电路而构成。处理器例如为cpu(中央处理单元(centralprocessingunit))、asic(专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit))、或mpu(微处理单元(microprocessingunit))等。控制单元21具备控制部211、行动计划部212、检测部214、限制部215。

控制单元21用于通过根据存储在存储部24中的控制程序的上述处理器的动作，作为控制部211、行动计划部212、检测部214以及限制部215起作用。但是，控制单元21等的上述各结构还可以不依赖基于控制单元21的控制程序的动作，而是分别由硬件电路构成。以下，只要没有特别提及，对于各实施方式都是同样的。

控制部211用于对控制装置20的整体的动作控制进行管理。控制部211与操作部22、显示部23、存储部24以及外部接口部25连接，以进行所连接的上述各结构的动作控制、以及与各结构之间的信号或数据的接收和发送。

行动计划部212生成臂11的行动计划，作为实现通过用户经由操作部22指示的作业的计划。例如，行动计划部212生成臂11的前端部15的目标轨道、目标轨道上的作业点、作业点上的作业内容等。此外，在目标轨道的生成中，能够适用rrt(快速搜索随机树(rapidlyexploringrandomtree))等各种生成算法。

控制单元211还根据由行动计划部212生成的行动计划来控制驱动部16的驱动。例如，控制部211根据由行动计划部212生成的目标轨道(例如，目标位置)和臂11的前端部15的位置，控制驱动部16的驱动，以使该前端部15追随目标轨道。此外，臂11的前端部15的位置能够从由关节角检测部17检测到的所有角度算出。

检测部214用于基于从照相机32得到的作业环境信息，检测向臂11的可动范围e1(参照图3)的入侵者。例如，检测部214还用于对通过照相机32拍摄而得到图像数据进行解析，将臂11以外的运动物体检测为入侵者。另外，检测部214能够基于从照相机32得到的作业环境信息，检测入侵者有无从可动范围e1退出、入侵者有无移动，并检测入侵者的存在位置。

图3是用于说明臂11的可动范围e1的说明图。臂11的可动范围e1是从使臂11水平延伸时的、穿过由基座14支承的臂11的一端的铅直轴va到作为末端执行器的手31的前端为止的范围。另外，距离d1表示从铅直轴va到可动范围e1的边界线为止的距离。

限制部215还用于在检测部214检测到向可动范围e1的入侵者的情况下，在臂11不与入侵者接触的范围内设定臂11的行动禁止范围e2(参照图4)，以限制臂11的行动。

图4是用于说明臂11的行动禁止范围e2的说明图。行动禁止范围e2(图中斜线部)包括可动范围e1的一部分(入侵者p的存在位置及其周边)，以使臂11不与入侵到可动范围e1的入侵者p接触。另外，距离d2表示从铅直轴va到行动禁止范围e2的边界线为止的距离，距离d2比距离d1短。

当由限制部215设定了行动禁止范围e2时，行动计划部212将行动计划重新生成为臂11在行动禁止范围e2内不行动的计划。然后，控制部211还用于根据由行动计划部212重新生成的行动计划来控制驱动部16的驱动。

接着，基于图5所示的流程图，对由第一实施方式所涉及的控制装置20中的控制单元21进行的处理动作的一例进行说明。例如，上述处理动作是在重复拾取和放置等作业情况下进行的处理动作。

当控制部211按照由行动计划部212生成的行动计划，进行驱动部16的驱动控制，开始由用户指示的作业时(步骤s1)，控制部211还用于判断检测部214是否检测到向可动范围e1的入侵者p(步骤s2)。

在控制部211判断为检测部214检测到向可动范围e1的入侵者p的情况下(在步骤s2中为是时)，限制部215还用于设定臂11的行动禁止范围e2，以限制臂11的行动(步骤s3)，行动计划部212将用于实现上述作业的行动计划重新生成为臂11在行动禁止范围e2内不行动的计划(步骤s4)。此时，行动计划部212将原来的行动计划保存在行动计划存储部241中。此外，作为行动禁止范围e2的设定方法，例如可以举出以下三种。

1.当检测部214检测到向可动范围e1的入侵者p时，限制部215设定预定的行动禁止范围e2。

2.事先准备多个与从铅直轴va到入侵者p的距离d3(参照图6a及图6b)对应的行动禁止范围e2，检测部214检测从铅直轴va到入侵者p的距离d3，限制部215根据距离d3决定并设定行动禁止范围e2。即，行动禁止范围e2根据距离d3阶段性地切换。

图6a以及图6b分别是用于说明行动禁止范围e2被阶段性地切换的情况的说明图。在从铅直轴va到入侵者p的距离d3为距离d31时，如图6a所示，行动禁止范围e2为从铅直轴va离开距离d21的行动禁止范围e21，在从铅直轴va到入侵者p的距离d3为距离d32(＜d31)时，如图6b所示，行动禁止范围e2为从铅直轴va离开距离d22(＜d21)的行动禁止范围e22，允许臂11的行动的范围变窄。

3.检测部214还用于检测入侵者p的存在位置，限制部215将入侵者p的存在位置及其周边决定并设定为行动禁止范围e2。

此外，在此对限制部215设定行动禁止范围e2的情况进行了说明，但当从铅直轴va到入侵者p的距离d3为预定的阈值以下时(即，入侵者p过于接近臂11的情况下)，控制部211也可以使臂11的动作停止。

接着，控制部211还用于按照行动计划部212重新生成的行动计划，进行驱动部16的驱动控制，执行上述作业(步骤s5)，之后，控制部211还用于判断检测部214是否检测到入侵者p从可动范围e1退出(步骤s6)。

在控制部211判断为检测部214检测到入侵者p从可动范围e1退出的情况下(在步骤s6中为是时)，限制部215还用于解除臂11的行动禁止范围e2的设定(步骤s7)，控制部211还用于按照行动计划存储部241中存储的原来的行动计划，进行驱动部16的驱动控制，执行上述作业(步骤s8)，之后，处理返回步骤s2。

另一方面，在控制部211判断为检测部214没有检测到入侵者p从可动范围e1退出的情况下(在步骤s6中为否时)，控制部211还用于判断上述作业是否已全部完成(步骤s9)。例如，在预定的次数的拾取和放置结束的情况下、或把持对象物消失的情况下，控制部211还用于判断为作业已全部完成。此外，能够通过解析来自照相机32的图像数据来判断把持对象物是否已消失。

在控制部211判断为上述作业已全部完成的情况下(在步骤s9中为是时)，结束该处理动作，在控制部211判断为上述作业未全部完成的情况下(在步骤s9中为否时)，处理返回步骤s6。

另外，在步骤s2中，在控制部211判断为检测部214没有检测到向可动范围e1的入侵者p的情况下(在步骤s2中为否时)，控制部211还用于判断上述作业是否已全部完成(步骤s10)，在控制部211判断为上述作业已全部完成的情况下(在步骤s10中为是时)，结束该处理动作，在控制部211判断为上述作业未全部完成的情况下(在步骤s10中为否时)，处理返回步骤s2。

根据上述第一实施方式，当人向臂11的可动范围e1入侵时，设定行动禁止范围e2，限制臂11的行动，因此能够防止人与臂11的接触事故。另外，由于不像以往那样使臂11的动作减速或停止，因此能够避免生产率大幅降低。因此，能够在不使生产率大幅降低的情况下确保作业者的安全性。

另外，在限制臂11的行动时，优选向入侵者p通知该情况。例如，例如，在设置扬声器并设定行动禁止范围e2之前，控制部211从扬声器发出“由于在危险区域有作业者，所以限制机器人的行动范围”这样的引导或“限制机器人的行动范围。如果不方便，请后退”这样的引导。

接着，基于图7所示的流程图，对由第二实施方式所涉及的控制装置20中的控制单元21进行的处理动作的一例进行说明。例如，上述处理动作是在重复拾取和放置等作业情况下进行的处理动作。

当控制部211按照由行动计划部212生成的行动计划，进行驱动部16的驱动控制，开始由用户指示的作业时(步骤s11)，控制部211还用于判断检测部214是否检测到向可动范围e1的入侵者p(步骤s12)。

在控制部211判断为检测部214检测到向可动范围e1的入侵者p的情况下(在步骤s12中为是时)，控制部211还用于使臂11的动作暂时停止(步骤s13)。

接着，控制部211还用于判断检测部214是否检测到入侵者p的停止(步骤s14)。例如，检测部214在入侵者p的移动范围持续预定的时间微小的情况下，判定为入侵者p已停止。

在控制部211判断为检测部214检测到入侵者p的停止的情况下(在步骤s14中为是时)，限制部215还用于基于检测部214检测到的入侵者p的存在位置(即，入侵者p的停止位置)，决定并设定行动禁止范围e2，以限制臂11的行动(步骤s15)，行动计划部212将用于执行上述作业的行动计划重新生成为臂11在行动禁止范围e2内不行动的计划(步骤s16)。此时，行动计划部212将原来的行动计划保存在行动计划存储部241中。

接着，控制部211还用于根据行动计划部212重新生成的行动计划，进行驱动部16的驱动控制，再次开始上述作业(步骤s17)，之后，控制部211还用于判断检测部214是否检测到入侵者p的移动(步骤s18)。

在控制部211判断为检测部214检测到入侵者p的移动的情况下(在步骤s18中为是时)，控制部211还用于使臂11的动作暂时停止(步骤s19)，之后，控制部211判断检测部214是否检测到入侵者p的停止(步骤s20)。

在控制部211判断为检测部214检测到入侵者p的停止的情况下(在步骤s20中为是时)，处理转移到步骤s15，限制部215还用于基于检测部214检测到的入侵者p的存在位置(停止位置)，决定并设定行动禁止范围e2(步骤s15)，以限制臂11的行动。

另一方面，控制部211在判断为检测部214没有检测到入侵者p的停止的情况下(在步骤s20中为否时)，判断检测部214是否检测到入侵者p从可动范围e1退出(步骤s21)。

然后，控制部211还用于在判断为检测部214检测到入侵者p从可动范围e1退出的情况下(在步骤s21中为是时)，判断臂11的动作是否处于一连串的作业的中途(步骤s22)。

例如，在反复进行拾取和放置的作业的情况下，在一次的拾取和放置的动作中时，控制部211判断为臂11的动作处于一连串的作业的中途。

在控制部211判断为臂11的动作不处于一连串的作业的中途的情况下(在步骤s22中为否时)，限制部215还用于解除臂11的行动禁止范围e2的设定(步骤s23)，控制部211还用于按照行动计划存储部241中存储的原来的行动计划，进行驱动部16的驱动控制，再次开始上述作业(步骤s24)，之后，处理返回步骤s12。

另一方面，在控制部211判断为臂11的动作处于一连串的作业的中途的情况下(在步骤s22中为是时)，在一连串的作业结束之后(在步骤s22中为否时)，限制部215还用于解除臂11的行动禁止范围e2的设定(步骤s23)。

另外，在步骤s21中，在控制部211判断为检测部214没有检测到入侵者p从可动范围e1退出的情况下(在步骤s21中为否时)，处理返回步骤s20。

另外，在步骤s18中，在控制部211判断为检测部214没有检测到入侵者p的移动的情况下(在步骤s18中为否时)，控制部211还用于判断上述作业是否已全部完成(步骤s25)，在控制部211判断为上述作业已全部完成的情况下(在步骤s25中为是时)，结束该处理动作，在控制部211判断为上述作业未全部完成的情况下(在步骤s25中为否时)，处理返回步骤s18。

另外，在步骤s14中，在控制部211判断为检测部214没有检测到入侵者p的停止的情况下(在步骤s14中为否时)，控制部211还用于判断检测部214是否检测到入侵者p从可动范围e1退出(步骤s26)。

在控制部211判断为检测部214检测到入侵者p从可动范围e1退出的情况下(在步骤s26中为是时)，控制部211再次开始上述作业(步骤s27)，之后，处理返回步骤s12。

另一方面，在控制部211判断为检测部214没有检测到入侵者p从可动范围e1退出的情况下(在步骤s26中为否时)，处理返回步骤s14。

另外，在步骤s12中，在控制部211判断为检测部214没有检测到向可动范围e1的入侵者p的情况下(在步骤s12中为否时)，控制部211还用于判断上述作业是否已全部完成(步骤s28)，在控制部211判断为上述作业已全部完成的情况下(在步骤s28中为是时)，结束该处理动作，在控制部211判断为上述作业未全部完成的情况下(在步骤s28中为否时)，处理返回步骤s12。

根据上述第二实施方式，当人向臂11的可动范围e1入侵时，首先使臂11的动作停止，因此能够更可靠地确保作业者的安全性。另外，由于行动禁止范围e2基于入侵者p的停止位置来决定，因此能够极力减小行动禁止范围e2，能够在确保作业者的安全的同时将生产率的降低抑制在最小限度。

另外，在此对人向可动范围e1入侵时，控制部211使臂11的动作停止的情况进行了说明，但在其他实施方式中，控制部211也可以使臂11的动作速度降低。

另外，在又一实施方式中，检测部214也可以根据从照相机32得到的作业环境信息，检测人向可动范围e1周边的预定的注意区域的入侵，在检测部214检测到人向上述注意区域的入侵的情况下，控制部211还用于降低臂11的动作速度。例如，降低到比检测部214没有检测到人向注意区域的入侵时的臂11的动作速度慢的动作速度。

图8是概略地示出包含第三实施方式所涉及的控制装置而构成的机器人控制系统的主要内部结构的功能框图。上述第三实施方式所涉及的控制装置在图1所示的控制装置和控制单元21具备计算部216这一点上不同。

计算部216还用于在检测部214检测到向可动范围e1的入侵者p的情况下，基于在该检测时刻执行中的行动计划和入侵者p的存在位置，计算臂11与入侵者p接触之前的宽限时间t。

限制部215还用于在计算部216计算出的宽限时间t为预定的时间t1(例如，五分钟)以下时，设定行动禁止范围e2，以限制臂11的行动，但在宽限时间t为预定的时间t1以下之前，不限制臂11的行动。即，即使人向可动范围e1入侵，在存在时间上的宽限的情况下，限制部215也不限制臂11的行动。

根据上述第三实施方式，如果在宽限时间t为预定的时间t1以下之前，入侵者p从可动范围e1退出，则臂11的行动不受限制，因此能够防止生产率的降低。

图9是概略地示出包含第四实施方式所涉及的控制装置而构成的机器人控制系统的主要内部结构的功能框图。上述第四实施方式所涉及的控制装置在图1所示的控制装置和控制单元21具备判断部217以及变更部218这一点上不同。

判断部217还用于在检测部214检测到向可动范围e1的入侵者p的情况下，基于在该检测时刻执行中的行动计划和入侵者p的存在位置，判断臂11与入侵者p有无接触的可能性。

限制部215还用于在判断部217判断为臂11与入侵者p没有接触的可能性的情况下，不设定行动禁止范围e2。

进而，判断部217还用于在判断为臂11与入侵者p存在接触的可能性的情况下，基于与在该判断时刻执行中的作业不同的作业的行动计划和入侵者p的存在位置，判断执行了该不同的作业的行动计划时的臂11与入侵者p有无接触的可能性。此外，关于不同的作业的行动计划，只要事先生成并保存在行动计划存储部241中即可。

变更部218在判断部217判断为执行了不同的行动计划时的臂11与入侵者p没有接触的可能性的情况下，将执行的作业变更为上述不同的作业。

限制部215还用于在变更了变更部218执行的作业的情况下，不设定行动禁止范围e2。

根据上述第四实施方式，即使不设定行动禁止范围e2，在臂11与入侵者p没有接触的可能性的情况下，也不限制臂11的行动。另一方面，在臂11与入侵者p存在接触的可能性的情况下，进行向没有上述接触的可能性的其他作业的变更。因此，能够在确保作业者的安全性的同时，防止生产率的降低。

另外，也可以还具备学习部，该学习部学习行动禁止范围e2、设定该行动禁止范围e2的定时，学习部学习入侵者p的行动模式等，基于该学习结果，适当调整行动禁止范围e2、设定该行动禁止范围e2的定时。

本发明不限于上述实施方式的结构，能够进行各种变形。另外，在上述实施方式中，使用图1至图9通过上述实施方式表示的结构以及处理只不过是本发明的一个实施方式，并不意味着将本发明限定于该结构以及处理。